JP2514699B2 - 回折格子による位置ずれ検出方法および位置ずれ検出装置 - Google Patents
回折格子による位置ずれ検出方法および位置ずれ検出装置Info
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測長基準尺を回折格子とし、回折光を光ヘ
テロダイン干渉させて得られたビート信号の位相によ
り、回折格子間の相対的な位置ずれ量を検出する、例え
ば、半導体ICやLSIを製造するための露光装置等におい
て形成されたパタン間の重ね合わせ精度を測定する場合
に用いる位置ずれ検出方法、および位置ずれ検出装置に
関するものである。
テロダイン干渉させて得られたビート信号の位相によ
り、回折格子間の相対的な位置ずれ量を検出する、例え
ば、半導体ICやLSIを製造するための露光装置等におい
て形成されたパタン間の重ね合わせ精度を測定する場合
に用いる位置ずれ検出方法、および位置ずれ検出装置に
関するものである。
従来、この種の位置ずれを測定する方法としては、第
一に測定のパタンを焼付けてパタン線幅測定装置でパタ
ンの相互間のずれを測定するものがあり、第二にピッチ
の異なる格子を集積回路上に焼付けて丁度重なる格子の
部分を読み取るバーニア方式のもの、また第三に集積回
路上に細長い抵抗体と電極と重ね合わせて形成し、その
抵抗体の各値を比較する方法、さらに第四に回析格子を
集積回路上に焼付けて回折光の位相差によりパタンのず
れ量を測定する方法などがある。
一に測定のパタンを焼付けてパタン線幅測定装置でパタ
ンの相互間のずれを測定するものがあり、第二にピッチ
の異なる格子を集積回路上に焼付けて丁度重なる格子の
部分を読み取るバーニア方式のもの、また第三に集積回
路上に細長い抵抗体と電極と重ね合わせて形成し、その
抵抗体の各値を比較する方法、さらに第四に回析格子を
集積回路上に焼付けて回折光の位相差によりパタンのず
れ量を測定する方法などがある。
ところが、第一のパタン線幅測定装置を用いた方法に
よると、通常その種の装置の精度としては、高々0.01μ
ｍ程度の精度しか得られず、また、第二のバーニア方式
によっても、0.04μｍ程度の精度しか得られない問題が
ある。さらに、第三の抵抗測定法は、精度が得られる反
面、測定をするためにかなり複雑な処理工程を必要とす
る問題がある。
よると、通常その種の装置の精度としては、高々0.01μ
ｍ程度の精度しか得られず、また、第二のバーニア方式
によっても、0.04μｍ程度の精度しか得られない問題が
ある。さらに、第三の抵抗測定法は、精度が得られる反
面、測定をするためにかなり複雑な処理工程を必要とす
る問題がある。
これに対し、第四の方法は、上記第一〜第三の問題を
考慮し、簡易且つ安価な方法として提案された方法であ
る。第４図に、このような位相差信号を用いて位置ずれ
量を測定する装置の一例を示す（公開特許 昭和62−56
818）。
考慮し、簡易且つ安価な方法として提案された方法であ
る。第４図に、このような位相差信号を用いて位置ずれ
量を測定する装置の一例を示す（公開特許 昭和62−56
818）。
図において、ステージ１上に検出対象となるウエハ２
が載置されている。ウエハ２は、露光装置によって２回
焼付け、現像処理がなされており、かくして露光装置の
マスク又はレクチル上に形成された露光パタンがウエハ
２の表面に重ね焼きされている。ウエハ２には２枚の露
光パタンが焼付けられる際に、当該露光パタンの焼付け
位置を表す第５図に示すような２組の回折格子でなる回
折格子MPが形成される。第１の回折格子MA1及びMA2は第
１回目の露光処理時に露光パタンと一緒に焼付けられ、
ｙ軸方向に互いに距離ｄだけ離れた位置に形成され且つ
ｘ軸方向に延長する格子エレメントでなり、ｘ方向に所
定間隔を保って形成されている。
が載置されている。ウエハ２は、露光装置によって２回
焼付け、現像処理がなされており、かくして露光装置の
マスク又はレクチル上に形成された露光パタンがウエハ
２の表面に重ね焼きされている。ウエハ２には２枚の露
光パタンが焼付けられる際に、当該露光パタンの焼付け
位置を表す第５図に示すような２組の回折格子でなる回
折格子MPが形成される。第１の回折格子MA1及びMA2は第
１回目の露光処理時に露光パタンと一緒に焼付けられ、
ｙ軸方向に互いに距離ｄだけ離れた位置に形成され且つ
ｘ軸方向に延長する格子エレメントでなり、ｘ方向に所
定間隔を保って形成されている。
これに対して、第２の回折格子MB1及びMB2は、第２回
目の重ね合わせ露光処理によって同様にしてｙ軸方向に
互いに距離ｄだけ離れた位置に形成され且つｘ軸方向に
延長する格子エレメントでなり、ｙ軸方向に第１の回折
格子MA1及びMA2の間に互い違いに挿入されるように焼付
けられる。
目の重ね合わせ露光処理によって同様にしてｙ軸方向に
互いに距離ｄだけ離れた位置に形成され且つｘ軸方向に
延長する格子エレメントでなり、ｙ軸方向に第１の回折
格子MA1及びMA2の間に互い違いに挿入されるように焼付
けられる。
ここで、ｙ軸方向に第１の回折格子MA1、MA2、及び第
２の回折格子MB1、MB2間に位置ずれがなければ、第１の
回折格子MA1、MA2の各格子エレメントと、第２の回折格
子MB1、MB2の各格子エレメントとがｘ軸方向の同一直線
上に並ぶように形成され、このとき第１及び第２の露光
パタンに位置ずれがないと判定し得る。これに対し、第
１及び第２の露光パタンの位置がｙ軸方向にΔｙだけ互
いにずれれば、この位置ずれが回折格子MA1、MA2及びMB
1、MB2の対応する格子エレメント間の位置ずれΔｙとし
て現れるようになされている。
２の回折格子MB1、MB2間に位置ずれがなければ、第１の
回折格子MA1、MA2の各格子エレメントと、第２の回折格
子MB1、MB2の各格子エレメントとがｘ軸方向の同一直線
上に並ぶように形成され、このとき第１及び第２の露光
パタンに位置ずれがないと判定し得る。これに対し、第
１及び第２の露光パタンの位置がｙ軸方向にΔｙだけ互
いにずれれば、この位置ずれが回折格子MA1、MA2及びMB
1、MB2の対応する格子エレメント間の位置ずれΔｙとし
て現れるようになされている。
そこで第５図に示すような構成の回折格子MPに対して
互いに周波数の異なる２つのコヒーレント光束、LL1及
びLL2を照射し、回折格子MPによって発生された第１の
コヒーレント光LL1の１次回折光LF1の反射方向と第２の
コヒーレント光LL2の１次回折光LF2の反射方向とが一致
するように選定され、その方向はウエハ２の表面に対し
てほぼ垂直方向になるように選定されている。
互いに周波数の異なる２つのコヒーレント光束、LL1及
びLL2を照射し、回折格子MPによって発生された第１の
コヒーレント光LL1の１次回折光LF1の反射方向と第２の
コヒーレント光LL2の１次回折光LF2の反射方向とが一致
するように選定され、その方向はウエハ２の表面に対し
てほぼ垂直方向になるように選定されている。
ここで互いに周波数の異なる２つのコヒーレント光
束、LL1及びLL2は、２つの超音波変調器14、18によって
生成される。即ち、レーザー11において発生されたレー
ザー光は、コリメータレンズ系12A、12Bを通って分路器
（ビームスプリッタ）13に入射される。分路器13は、レ
ーザを２つに分けて第１のレーザ光を超音波変調器14に
よって変調信号S1（第６図参照。変調信号S1は発信器3
4、37及び周波数変換回路38によって電気的に生成され
る。）によってその周波数f1だけ周波数をシフト変調さ
せた後、ミラー15、16によって折り曲げながらウエハ２
の回折格子MP上に第１のコヒーレント光束LL1として照
射させる。
束、LL1及びLL2は、２つの超音波変調器14、18によって
生成される。即ち、レーザー11において発生されたレー
ザー光は、コリメータレンズ系12A、12Bを通って分路器
（ビームスプリッタ）13に入射される。分路器13は、レ
ーザを２つに分けて第１のレーザ光を超音波変調器14に
よって変調信号S1（第６図参照。変調信号S1は発信器3
4、37及び周波数変換回路38によって電気的に生成され
る。）によってその周波数f1だけ周波数をシフト変調さ
せた後、ミラー15、16によって折り曲げながらウエハ２
の回折格子MP上に第１のコヒーレント光束LL1として照
射させる。
また、分路器13は、第２のレーザー光をミラー17を介
して超音波変調器18に入射し、変調信号S2（第６図参
照。変調信号S2は発信器37によって得られる信号。）に
よってその周波数f2だけ周波数をシフト変調させた後、
ミラー19、20によって折り曲げながらウエハ２の回折格
子MP上に第２のコヒーレント光束LL2として照射させ
る。
して超音波変調器18に入射し、変調信号S2（第６図参
照。変調信号S2は発信器37によって得られる信号。）に
よってその周波数f2だけ周波数をシフト変調させた後、
ミラー19、20によって折り曲げながらウエハ２の回折格
子MP上に第２のコヒーレント光束LL2として照射させ
る。
かくして回折格子MPによって発生された回折光LF1及
びLF2は互いに干渉し、対物レンズ３、絞り４を通り、
さらにハーフミラー５を通って光電変換素子列６に入射
する。ハーフミラー５は、絞り４を通った回折光を接眼
鏡７に折り返して干渉縞を観察し得るようになされてい
る。光電変換素子列６は、回折格子MPの各エレメントMA
1、MA2、MB1、MB2に対応して回折光の干渉光をそれぞれ
光電変換素子DA1、DA2、DB1、DB2で検出し、周波数Δｆ
（＝f1−f2）の４つのビート信号SA1、SA2、SB1、SB2を
生成し、これら４つのビート信号は、位置ずれ検出制御
回路25に送られる。
びLF2は互いに干渉し、対物レンズ３、絞り４を通り、
さらにハーフミラー５を通って光電変換素子列６に入射
する。ハーフミラー５は、絞り４を通った回折光を接眼
鏡７に折り返して干渉縞を観察し得るようになされてい
る。光電変換素子列６は、回折格子MPの各エレメントMA
1、MA2、MB1、MB2に対応して回折光の干渉光をそれぞれ
光電変換素子DA1、DA2、DB1、DB2で検出し、周波数Δｆ
（＝f1−f2）の４つのビート信号SA1、SA2、SB1、SB2を
生成し、これら４つのビート信号は、位置ずれ検出制御
回路25に送られる。
第６図に位置ずれ検出制御回路25の詳細構成図を示
す。位置ずれ検出制御回路25では、ビート信号SA1、SA
2、SB1、SB2の位相をPLL回路32A、32B、32C、32Dでそれ
ぞれ位相ロックし、ノイズを除去した周波数Δｆ（＝f
0）の位相出力SFA、SFB、SFC、SFDを得る。この位相出
力SFA、SFB、SFC、SFDの位相と、発信器34から得られる
基準周波数出力S0の位相とを位相差検出回路33A、33B、
33C、33Dで比較し、それぞれ位相差α、β、γ、δに基
づいて、位置ずれ算定回路35により位置ずれ量Δｙを次
式 Δｙ＝（d/（４π））・（（３β−３γ−α＋δ）/4）
（１） によって演算し、位置ずれ量を表示装置36により表示す
る。ここで、ｄは回折格子MPのピッチを表す。
す。位置ずれ検出制御回路25では、ビート信号SA1、SA
2、SB1、SB2の位相をPLL回路32A、32B、32C、32Dでそれ
ぞれ位相ロックし、ノイズを除去した周波数Δｆ（＝f
0）の位相出力SFA、SFB、SFC、SFDを得る。この位相出
力SFA、SFB、SFC、SFDの位相と、発信器34から得られる
基準周波数出力S0の位相とを位相差検出回路33A、33B、
33C、33Dで比較し、それぞれ位相差α、β、γ、δに基
づいて、位置ずれ算定回路35により位置ずれ量Δｙを次
式 Δｙ＝（d/（４π））・（（３β−３γ−α＋δ）/4）
（１） によって演算し、位置ずれ量を表示装置36により表示す
る。ここで、ｄは回折格子MPのピッチを表す。
ところが、前記第４の方法では、電子回路により生成
させた基準信号を用いて位相差を求めているため、検出
光学系の微小揺らぎ、光路系の空気雰囲の温度、気圧等
の変動の影響を受けやすく、位相差信号が変動し位置ず
れ量の誤差要因となる。また、光学系と回折格子との傾
きの影響を前記（１）式により消去する方法では、位相
差を検出する４つの電子回路系の不安定性の他に相互の
回路特性の違いによる演算誤差を含みやすく、高精度の
位置ずれ検出が難しいという問題がある。
させた基準信号を用いて位相差を求めているため、検出
光学系の微小揺らぎ、光路系の空気雰囲の温度、気圧等
の変動の影響を受けやすく、位相差信号が変動し位置ず
れ量の誤差要因となる。また、光学系と回折格子との傾
きの影響を前記（１）式により消去する方法では、位相
差を検出する４つの電子回路系の不安定性の他に相互の
回路特性の違いによる演算誤差を含みやすく、高精度の
位置ずれ検出が難しいという問題がある。
本発明の目的は、上述の欠点を除去するため、第一、
および第二の回折格子を測定基準尺として用い、該回折
格子に対して位置ずれ量測定用の第三の回折格子を形成
し、前記第一、第二、および第三の回折格子に、周波数
が互いにわずかに異なる２波長の単色光を入射させ、該
回折格子から生じる回折光を光ヘテロダイン干渉させ、
前記第一、第二、および第三の回折格子からそれそれ第
一、第二、および第三の光ヘテロダイン干渉ビート信号
を生成し、これら第一、第二、および第三の光ヘテロダ
イン干渉ビート信号間の位相差変化を検出することによ
って、前記第一、第二、および第三の回折格子間の位置
ずれ量を測定することにより、従来のものよりも、高安
定、高精度である回折格子による位置ずれ検出方法およ
び位置ずれ検出装置を提供することにある。
および第二の回折格子を測定基準尺として用い、該回折
格子に対して位置ずれ量測定用の第三の回折格子を形成
し、前記第一、第二、および第三の回折格子に、周波数
が互いにわずかに異なる２波長の単色光を入射させ、該
回折格子から生じる回折光を光ヘテロダイン干渉させ、
前記第一、第二、および第三の回折格子からそれそれ第
一、第二、および第三の光ヘテロダイン干渉ビート信号
を生成し、これら第一、第二、および第三の光ヘテロダ
イン干渉ビート信号間の位相差変化を検出することによ
って、前記第一、第二、および第三の回折格子間の位置
ずれ量を測定することにより、従来のものよりも、高安
定、高精度である回折格子による位置ずれ検出方法およ
び位置ずれ検出装置を提供することにある。
本発明の位置ずれ検出方法は、第一、および第二の回
折格子を測定基準尺として用い、該回折格子に対して位
置ずれ量測定用の第三の回折格子を形成し、該回折格子
からそれぞれ生じる第一、第二、および第三の光ヘテロ
ダイン干渉ビート信号間の位相差変化を検出することに
よって、前記第一、第二、および第三の回折格子間の位
置ずれ量を測定することを特徴とし、第一と第二の光ヘ
テロダイン干渉ビート信号間の位相差を基準値とし、第
二と第三の光ヘテロダイン干渉ビート信号間の位相差と
の差により、回折格子間の相対的位置ずれ量を検出でき
る特徴がある。
折格子を測定基準尺として用い、該回折格子に対して位
置ずれ量測定用の第三の回折格子を形成し、該回折格子
からそれぞれ生じる第一、第二、および第三の光ヘテロ
ダイン干渉ビート信号間の位相差変化を検出することに
よって、前記第一、第二、および第三の回折格子間の位
置ずれ量を測定することを特徴とし、第一と第二の光ヘ
テロダイン干渉ビート信号間の位相差を基準値とし、第
二と第三の光ヘテロダイン干渉ビート信号間の位相差と
の差により、回折格子間の相対的位置ずれ量を検出でき
る特徴がある。
また、本発明の位置ずれ検出装置は、物体上に固定、
或は形成した第一、および第二の回折格子と、該回折格
子に対して位置合わせをして固定、或は形成した第三の
回折格子を設けることを特徴とし、周波数が互いにわず
かに異なる２波長の単色光を発生する光源と、２波長の
単色光を前記第一、第二、および第三の回折格子に入射
させる入射手段と、前記第一、第二、および第三の回折
格子から生じる２波長の回折光を合成し、該回折格子か
らそれぞれ第一、第二、および第三の光ヘテロダイン干
渉ビート信号を生成する光合成検出手段と、光合成検出
手段によって生成された前記第一、第二、および第三の
光ヘテロダイン干渉ビーム信号間の位相差信号を算出処
理する信号処理装置との装置構成から、前記第一、第
二、および第三の回折格子間の位置ずれ量を測定できる
特徴がある。
或は形成した第一、および第二の回折格子と、該回折格
子に対して位置合わせをして固定、或は形成した第三の
回折格子を設けることを特徴とし、周波数が互いにわず
かに異なる２波長の単色光を発生する光源と、２波長の
単色光を前記第一、第二、および第三の回折格子に入射
させる入射手段と、前記第一、第二、および第三の回折
格子から生じる２波長の回折光を合成し、該回折格子か
らそれぞれ第一、第二、および第三の光ヘテロダイン干
渉ビート信号を生成する光合成検出手段と、光合成検出
手段によって生成された前記第一、第二、および第三の
光ヘテロダイン干渉ビーム信号間の位相差信号を算出処
理する信号処理装置との装置構成から、前記第一、第
二、および第三の回折格子間の位置ずれ量を測定できる
特徴がある。
本発明は基準回折格子間の位相差と測定用回折格子間
の位相差との差により、基準回折格子と測定用回折格子
間の相対的位置ずれ量、即ち、半導体ICやLSIを製造す
るための露光装置等において形成されたパタン間の重ね
合わせ精度を測定するものである。従って、本発明では
測定基準となるビート信号が相対的位置ずれ量を測定す
るビーム信号と同一の光学系により生成されるため、検
出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気圧等の
変動の影響を除去することができ、高安定、高精度で相
対的位置ずれ量を検出できる。
の位相差との差により、基準回折格子と測定用回折格子
間の相対的位置ずれ量、即ち、半導体ICやLSIを製造す
るための露光装置等において形成されたパタン間の重ね
合わせ精度を測定するものである。従って、本発明では
測定基準となるビート信号が相対的位置ずれ量を測定す
るビーム信号と同一の光学系により生成されるため、検
出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気圧等の
変動の影響を除去することができ、高安定、高精度で相
対的位置ずれ量を検出できる。
以下、第１図ないし第３図を参照して、本発明の実施
例を説明する。なお、第４図ないし第６図と同一の符号
は同一の部材を示すものとする。
例を説明する。なお、第４図ないし第６図と同一の符号
は同一の部材を示すものとする。
第１図は本発明に係わる位置ずれ検出装置の実施例を
示すものである。第１図において、２波長直交偏光レー
ザー光源40から発したレーザー光は、ミラー41を介し
て、偏光ビームスプリッター42により、それぞれ水平成
分（ｐ偏光成分）、または垂直成分（ｓ偏光成分）のみ
を有する直線偏光でしかも周波数がわずかに異なる２波
長の光に分離される。このうちｐ偏光成分は、ミラー43
を介し、円筒レンズ44と対物レンズ45とからなる光学系
により楕円状ビーム46となり、xyステージ51上に設置し
たウエハ47上に形成された回折格子48に回折格子面に垂
直な法線方向（ｚ方向）に対し一次回折角の方向から入
射する。一方、ｓ偏光成分は、同様に、円筒レンズ49と
対物レンズ45とからなる光学系により楕円状ビーム50と
なり、回折格子面に垂直な法線方向（Ｚ方向）に対し楕
円状ビーム46と対称の一次回折角の方向から回折格子48
に入射する。
示すものである。第１図において、２波長直交偏光レー
ザー光源40から発したレーザー光は、ミラー41を介し
て、偏光ビームスプリッター42により、それぞれ水平成
分（ｐ偏光成分）、または垂直成分（ｓ偏光成分）のみ
を有する直線偏光でしかも周波数がわずかに異なる２波
長の光に分離される。このうちｐ偏光成分は、ミラー43
を介し、円筒レンズ44と対物レンズ45とからなる光学系
により楕円状ビーム46となり、xyステージ51上に設置し
たウエハ47上に形成された回折格子48に回折格子面に垂
直な法線方向（ｚ方向）に対し一次回折角の方向から入
射する。一方、ｓ偏光成分は、同様に、円筒レンズ49と
対物レンズ45とからなる光学系により楕円状ビーム50と
なり、回折格子面に垂直な法線方向（Ｚ方向）に対し楕
円状ビーム46と対称の一次回折角の方向から回折格子48
に入射する。
回折格子48は、第２図に示すように露光装置による２
回の焼付け、現像処理により形成されたパタンである。
即ち、ウエハ47には、２枚の露光装置のマスク又はレチ
クル上に形成された２種類の露光パタンが重ね焼きされ
ている。２種類の露光パタンが焼付けられる際に、当該
露光パタンの焼付け位置を表す第２図に示すような３組
の回折格子でなる回折格子が形成される。第１の回折格
子HD1及びHD2は第１回目の露光処理時に露光パタンと一
緒に焼付けられ、ｙ軸方向に互いに距離ｄだけ離れた位
置に形成され且つｘ軸方向に延長する格子エレメントで
なり、ｘ方向に所定間隔を保って形成されている。
回の焼付け、現像処理により形成されたパタンである。
即ち、ウエハ47には、２枚の露光装置のマスク又はレチ
クル上に形成された２種類の露光パタンが重ね焼きされ
ている。２種類の露光パタンが焼付けられる際に、当該
露光パタンの焼付け位置を表す第２図に示すような３組
の回折格子でなる回折格子が形成される。第１の回折格
子HD1及びHD2は第１回目の露光処理時に露光パタンと一
緒に焼付けられ、ｙ軸方向に互いに距離ｄだけ離れた位
置に形成され且つｘ軸方向に延長する格子エレメントで
なり、ｘ方向に所定間隔を保って形成されている。
これに対して、第３の回折格子HD3は、第２回目の重
ね合わせ露光処理によって同様にしてｙ軸方向に互いに
距離ｄだけ離れた位置に形成され、ｙ軸方向に第１の回
折格子HD1及び第２の回折格子HD2に対し、ｘ方向に所定
間隔を保って形成されている。
ね合わせ露光処理によって同様にしてｙ軸方向に互いに
距離ｄだけ離れた位置に形成され、ｙ軸方向に第１の回
折格子HD1及び第２の回折格子HD2に対し、ｘ方向に所定
間隔を保って形成されている。
ここで、ｙ軸方向について、第１の回折格子HD1、及
び第２の回折格子HD2と、第３の回折格子HD3との間に位
置ずれがなければ、第１、および第２の回折格子HD1、H
D2の各格子エレメントと、第３の回折格子HD3の格子エ
レメントとがｘ軸方向の同一直線上に並ぶように形成さ
れ、このとき第１回目及び第２回目の露光パタンに位置
ずれがないと判定し得る。これに対し、第１回目及び第
２回目の露光パタンの位置がｙ軸方向にΔｙだけ互いに
ずれれば、この位置ずれが回折格子HD1、HD2とHD3の対
応する格子エレメント間の位置ずれΔｙとして現れるよ
うになされている。
び第２の回折格子HD2と、第３の回折格子HD3との間に位
置ずれがなければ、第１、および第２の回折格子HD1、H
D2の各格子エレメントと、第３の回折格子HD3の格子エ
レメントとがｘ軸方向の同一直線上に並ぶように形成さ
れ、このとき第１回目及び第２回目の露光パタンに位置
ずれがないと判定し得る。これに対し、第１回目及び第
２回目の露光パタンの位置がｙ軸方向にΔｙだけ互いに
ずれれば、この位置ずれが回折格子HD1、HD2とHD3の対
応する格子エレメント間の位置ずれΔｙとして現れるよ
うになされている。
３つの回折格子HD1、HD2、HD3は、２波長の各入射光4
6、50の同一楕円ビームスポット52内に配置されてい
る。また、回折格子ピッチｄは互いに等しく設定されて
いる。
6、50の同一楕円ビームスポット52内に配置されてい
る。また、回折格子ピッチｄは互いに等しく設定されて
いる。
入射光46、50により、３つの回析格子HD1、HD2、HD3
からそれぞれＺ方向に３つの２波長の一次回折光の合成
回折光、つまり第１の回折格子HD1による入射光46の−
１次回折光と、入射光50の−１次回折光との光ヘテロダ
イン干渉合成回折光53と、第２り回折格子HD2から同様
にＺ方向に得られる光ヘテロダイン干渉合成回析光54
と、第３の回折格子HD3から同様にＺ方向に得られる光
ヘテロダインか干渉成回折光55とが得られる。３つの合
成光53、54、55は、ハーフミラー56により２方向に分割
さられた後、一方は、プリズム状ミラー57、58、59によ
り分離され、それぞれ集光レンズ60、61、62、偏光板6
3、64、65介して光検出66、68で検出され、光ヘテロダ
イン干渉ビート信号HY1、HY2、HY3として信号処理制御
部69に入力される。ハーフミラー56により分割された他
の一方は、接眼鏡70により回折光を観察し得るようにな
されている。
からそれぞれＺ方向に３つの２波長の一次回折光の合成
回折光、つまり第１の回折格子HD1による入射光46の−
１次回折光と、入射光50の−１次回折光との光ヘテロダ
イン干渉合成回折光53と、第２り回折格子HD2から同様
にＺ方向に得られる光ヘテロダイン干渉合成回析光54
と、第３の回折格子HD3から同様にＺ方向に得られる光
ヘテロダインか干渉成回折光55とが得られる。３つの合
成光53、54、55は、ハーフミラー56により２方向に分割
さられた後、一方は、プリズム状ミラー57、58、59によ
り分離され、それぞれ集光レンズ60、61、62、偏光板6
3、64、65介して光検出66、68で検出され、光ヘテロダ
イン干渉ビート信号HY1、HY2、HY3として信号処理制御
部69に入力される。ハーフミラー56により分割された他
の一方は、接眼鏡70により回折光を観察し得るようにな
されている。
信号処理制御部69では、第１、第２の回折格子HD1、H
D2から得られる光ヘテロダイン干渉ビート信号HY1、HY2
についてHY1に対するHY2の位相差ΔφＯと、第３の回折
格子HD3から得られる光ヘテロダイン干渉ビート信号HY3
とHY2について、HY2に対するHY3の位相差ΔφＹとから
回折格子HD1、HD2とHD3との位置ずれ量Δｙに対応した
位相差Δφを次式より求める。
D2から得られる光ヘテロダイン干渉ビート信号HY1、HY2
についてHY1に対するHY2の位相差ΔφＯと、第３の回折
格子HD3から得られる光ヘテロダイン干渉ビート信号HY3
とHY2について、HY2に対するHY3の位相差ΔφＹとから
回折格子HD1、HD2とHD3との位置ずれ量Δｙに対応した
位相差Δφを次式より求める。
Δφ＝ΔφＹ−ΔφＯ ＝２π・２・Δy/d （２） ここで、Δφ０は位置ずれ検出光学系と回折格子HD
1、HD2、及びHD3とのxy平面の回転ずれにより生ずる位
相差である。即ち、本来位置ずれ検出光学系は、第３図
（ａ）に示すような各格子エレメントが同一直線上に並
ぶように形成された基準回折格子71、72、73をxyステー
ジ上に格子エレメントの方向をｘ軸に平行になるように
設定して調整し、光学系の重なり合った２つの入射楕円
ビームの長径方向を光学系の基準線とした時に、光学系
の基準線と回折格子の格子エレメントの中心線とが一致
するに設定されているものとする。従って、回折格子の
格子エレメントの方向がｘ軸に平行に設定されているな
らば、上記（２）式でΔφＯ＝０となる。また、第３図
（ｂ）に示すように、回折格子の格子エレメントの方向
がｘ軸の方向に対してずれている場合は、回折格子の格
子エレメントの方向が完全に一致し、一直線上に並んで
いる第１の回折格子HD1と第２の回折格子HD2との間に
も、HY1とHY2とに位相差ΔφＯを生じる。従って、光ヘ
テロダイン干渉ビート信号HY3とHY2について、HY2に対
するHY3の位相差ΔφＹから回転ずれから生じた誤差分
ΔφＯを減じる必要がある。信号処理制御部69では、上
記（２）式よりΔｙを求め、その値の表示等することは
容易に可能である。
1、HD2、及びHD3とのxy平面の回転ずれにより生ずる位
相差である。即ち、本来位置ずれ検出光学系は、第３図
（ａ）に示すような各格子エレメントが同一直線上に並
ぶように形成された基準回折格子71、72、73をxyステー
ジ上に格子エレメントの方向をｘ軸に平行になるように
設定して調整し、光学系の重なり合った２つの入射楕円
ビームの長径方向を光学系の基準線とした時に、光学系
の基準線と回折格子の格子エレメントの中心線とが一致
するに設定されているものとする。従って、回折格子の
格子エレメントの方向がｘ軸に平行に設定されているな
らば、上記（２）式でΔφＯ＝０となる。また、第３図
（ｂ）に示すように、回折格子の格子エレメントの方向
がｘ軸の方向に対してずれている場合は、回折格子の格
子エレメントの方向が完全に一致し、一直線上に並んで
いる第１の回折格子HD1と第２の回折格子HD2との間に
も、HY1とHY2とに位相差ΔφＯを生じる。従って、光ヘ
テロダイン干渉ビート信号HY3とHY2について、HY2に対
するHY3の位相差ΔφＹから回転ずれから生じた誤差分
ΔφＯを減じる必要がある。信号処理制御部69では、上
記（２）式よりΔｙを求め、その値の表示等することは
容易に可能である。
なお、上記の実施例においては、２波長の単色光光源
として２波長直交偏光レーザー光源を用いたが、２波長
の単色光としてブラッグセルなどの音響光学素子を用い
て生成した光を用いても同様の効果を得ることができ
る。この場合、音響光学素子と半導体レーザーとを組合
せることにより、２波長単色光光源のコンパクト化が可
能である。さらに、２波長レーザー光の入射光学系に偏
波面保存光ファイバー等の光ファイバーを用いて、移動
量検出光学系本体と２波長単色光光源とを分離させ、両
者を光ファイバーで結合させる等の技術を適用させるこ
とにより、位置検出光学系をさらにコンパクト化させる
ことが可能である。
として２波長直交偏光レーザー光源を用いたが、２波長
の単色光としてブラッグセルなどの音響光学素子を用い
て生成した光を用いても同様の効果を得ることができ
る。この場合、音響光学素子と半導体レーザーとを組合
せることにより、２波長単色光光源のコンパクト化が可
能である。さらに、２波長レーザー光の入射光学系に偏
波面保存光ファイバー等の光ファイバーを用いて、移動
量検出光学系本体と２波長単色光光源とを分離させ、両
者を光ファイバーで結合させる等の技術を適用させるこ
とにより、位置検出光学系をさらにコンパクト化させる
ことが可能である。
また、回折格子への入射光の方向、及び回折格子から
の回折光の方向が回折格子面に垂直なyz平面に含まれる
例について説明したが、回折格子への入射光の方向、及
び回折格子からの回折光の方向として、回折格子面に垂
直なyz平面に含まれない斜め入射、及び斜め出射の２波
長の回折光を光学的に合成して光ヘテロダイン干渉ビー
ト信号を検出するようにしても同様の効果を得ることが
できる。
の回折光の方向が回折格子面に垂直なyz平面に含まれる
例について説明したが、回折格子への入射光の方向、及
び回折格子からの回折光の方向として、回折格子面に垂
直なyz平面に含まれない斜め入射、及び斜め出射の２波
長の回折光を光学的に合成して光ヘテロダイン干渉ビー
ト信号を検出するようにしても同様の効果を得ることが
できる。
さらになお、本発明における回折格子としては、吸収
型回折格子、位相型回折格子のいずれを用いてもよく、
またバイナリー回折格子に限らず正弦波状回折格子、フ
レーズ回折格子等、種々の回折格子を用いることが可能
であるし、回折格子として透過型の他に反射型回折格子
を用いることも可能である。
型回折格子、位相型回折格子のいずれを用いてもよく、
またバイナリー回折格子に限らず正弦波状回折格子、フ
レーズ回折格子等、種々の回折格子を用いることが可能
であるし、回折格子として透過型の他に反射型回折格子
を用いることも可能である。
さらにまた、上記の実施例においては、回折格子とし
て格子エレメントがｘ軸の方向に平行に並んだものを用
いているが、ｘ軸に垂直なｙ軸の方向にも同様の回折格
子を形成し、ｘ、ｙの２方向の位置ずれ量Δｘ、Δｙを
検出できるように光学系をｘ、ｙの２方向に設定するこ
とも可能である。この場合、回折格子として前記実施例
のようなものの他に市松模様の回折格子によりｘ、ｙの
２方向兼用にしても可能である。
て格子エレメントがｘ軸の方向に平行に並んだものを用
いているが、ｘ軸に垂直なｙ軸の方向にも同様の回折格
子を形成し、ｘ、ｙの２方向の位置ずれ量Δｘ、Δｙを
検出できるように光学系をｘ、ｙの２方向に設定するこ
とも可能である。この場合、回折格子として前記実施例
のようなものの他に市松模様の回折格子によりｘ、ｙの
２方向兼用にしても可能である。
以上で詳細に説明したように、本発明によれば、基準
となる第一、第二の回折格子対を設け、さらに位置ずれ
量測定の第三の回折格子設定し、これら回折格子に周波
数がわずかに異なる２波長の単色光を入射し、これら回
析格子から生じる３つの光ヘテロダイン干渉光から基準
となる第一、第二の回折格子対から得られた光ヘテロダ
イン干渉ビーム信号間の位相差を基準値とし、第二と第
三の光ヘテロダイン干渉ビート信号間の位相差との差に
より、回折格子間の相対的位置ずれ量検出することによ
り、検出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気
圧等の変動の影響を除去することができ、高安定、高精
度で相対的位置ずれ量を検出できる。
となる第一、第二の回折格子対を設け、さらに位置ずれ
量測定の第三の回折格子設定し、これら回折格子に周波
数がわずかに異なる２波長の単色光を入射し、これら回
析格子から生じる３つの光ヘテロダイン干渉光から基準
となる第一、第二の回折格子対から得られた光ヘテロダ
イン干渉ビーム信号間の位相差を基準値とし、第二と第
三の光ヘテロダイン干渉ビート信号間の位相差との差に
より、回折格子間の相対的位置ずれ量検出することによ
り、検出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気
圧等の変動の影響を除去することができ、高安定、高精
度で相対的位置ずれ量を検出できる。
第１図は本発明の一実施例として示した位置ずれ検出装
置の構成図、第２図は第１図の回折格子48の詳細構成を
示す図、第３図（ａ），（ｂ）は第１図の回折格子48の
詳細構成を示す別の図、第４図は従来の位置ずれ検出装
置の構成図、第５図は第４図の回折格子MPの詳細構成を
示す図、第６図は第４図の位置ずれ検出制御回路25の詳
細構成を示すブロック図である。 40……２波長直交偏光レーザー光源、41,43……ミラ
ー、42……偏光ビームスプリッター、44,49……円筒レ
ンズ、45……対物レンズ、46,50……楕円状入射ビー
ム、47……ウェハ、48……回折格子、51……xyステー
ジ、52……楕円ビームスポット、53,54,55……光ヘテロ
ダイン干渉合成回折光、56……ハーフミラー、57,58,59
……プリズム状ミラー、60,61,62……集光レンズ、63,6
4,65……偏光板、66,67,68……光検出器、69……信号処
理制御部、70……接眼鏡、71,72,73……基準回折格子。
置の構成図、第２図は第１図の回折格子48の詳細構成を
示す図、第３図（ａ），（ｂ）は第１図の回折格子48の
詳細構成を示す別の図、第４図は従来の位置ずれ検出装
置の構成図、第５図は第４図の回折格子MPの詳細構成を
示す図、第６図は第４図の位置ずれ検出制御回路25の詳
細構成を示すブロック図である。 40……２波長直交偏光レーザー光源、41,43……ミラ
ー、42……偏光ビームスプリッター、44,49……円筒レ
ンズ、45……対物レンズ、46,50……楕円状入射ビー
ム、47……ウェハ、48……回折格子、51……xyステー
ジ、52……楕円ビームスポット、53,54,55……光ヘテロ
ダイン干渉合成回折光、56……ハーフミラー、57,58,59
……プリズム状ミラー、60,61,62……集光レンズ、63,6
4,65……偏光板、66,67,68……光検出器、69……信号処
理制御部、70……接眼鏡、71,72,73……基準回折格子。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−172904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−215905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−58628（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−17212（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−27730（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−63288（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−49926（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−60808（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−99325（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−63739（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−104131（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】物体上に固定、或は形成した第一、および
第二の回折格子を測定基準尺として用い、該回折格子に
対して位置合わせをして第三の回折格子を形成し、前記
第一、第二、および第三の回折格子に、周波数が互いに
わずかに異なる２波長の単色光を入射させ、該回折格子
から生じる回折光を光ヘテロダイン干渉させ、前記第
一、第二、および第三の回折格子からそれぞれ第一、第
二、および第三のヘテロダイン干渉ビート信号を生成
し、これら第一、第二、および第三の光ヘテロダイン干
渉ビート信号間の位相差変化を検出することによって、
前記第一、第二、および第三の回折格子間の位置ずれ量
を測定することを特徴とする回析格子による位置ずれ検
出方法。 - 【請求項２】物体上に固定、或は形成した第一、および
第二の回折格子と、該回折格子に対して位置合わせをし
て固定、或は形成した第三の回折格子と、周波数が互い
にわずかに異なる２波長の単色光を発生する光源と、そ
の光源から発せられた２波長の単色光を前記第一、第
二、および第三の回折格子に入射させる入射手段と、前
記第一、第二、および第三の回折格子から生じる２波長
の回析光を合成し、該回折格子からそれぞれ第一、第
二、および第三の光ヘテロダイン干渉ビート信号を生成
する光合成検出手段と、光合成検出手段によって生成さ
れた前記第一、第二、および第三の光ヘテロダイン干渉
ビート信号間の位相差信号を算出処理して前記第一、第
二、および第三の回折格子間の位置ずれ量を測定する信
号処理装置とを具備してなることを特徴とする回析格子
による位置ずれ検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24282888A JP2514699B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 回折格子による位置ずれ検出方法および位置ずれ検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24282888A JP2514699B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 回折格子による位置ずれ検出方法および位置ずれ検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0290006A JPH0290006A (ja) | 1990-03-29 |
| JP2514699B2 true JP2514699B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=17094898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24282888A Expired - Fee Related JP2514699B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 回折格子による位置ずれ検出方法および位置ずれ検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2514699B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2893823B2 (ja) * | 1990-03-20 | 1999-05-24 | 株式会社ニコン | 位置合わせ方法及び装置 |
| US5072126A (en) * | 1990-10-31 | 1991-12-10 | International Business Machines Corporation | Promixity alignment using polarized illumination and double conjugate projection lens |
| US5625453A (en) * | 1993-10-26 | 1997-04-29 | Canon Kabushiki Kaisha | System and method for detecting the relative positional deviation between diffraction gratings and for measuring the width of a line constituting a diffraction grating |
| JPH085314A (ja) | 1994-06-20 | 1996-01-12 | Canon Inc | 変位測定方法及び変位測定装置 |
| NL2003347A (en) | 2008-09-11 | 2010-03-16 | Asml Netherlands Bv | Imprint lithography. |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0715368B2 (ja) * | 1985-09-05 | 1995-02-22 | 株式会社ニコン | 位置ずれ検出装置 |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP24282888A patent/JP2514699B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0290006A (ja) | 1990-03-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |